×

趋化模型中的时空混沌。 (英语) Zbl 1255.37026号

本文探讨了一维Keller-Segel型趋化模型的动力学,该模型包含一个logistic细胞生长项。证明了该模型自组织成多个细胞聚集的能力,根据参数空间中的位置,这些聚集要么形成固定模式,要么经历持续的合并(两个聚集合并)和出现(出现新的聚集)的时空序列。这种时空模式可以进一步细分为时间周期或时间不规则模式。对后者的数值研究表明,正Lyapunov指数(对初始条件敏感)和丰富的分岔结构。特别是,研究发现,分叉到周期模式路径上的静止模式在时空不规则性开始之前经历了一个“周期双重”序列。基于这些结果以及与其他系统的比较,我们认为此处观察到的时空不规则描述了一种时空混沌形式。随后简要讨论了趋化性模型的先前应用结果,包括肿瘤侵袭、胚胎发育和生态学。

MSC公司:

37N25号 生物学中的动力系统
92立方厘米 细胞运动(趋化性等)
92立方37 细胞生物学
92年第35季度 与生物、化学和其他自然科学相关的PDE
37米25 遍历理论的计算方法(不变测度的近似、Lyapunov指数的计算、熵等)

软件:

路权地图
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: 内政部

参考文献:

[1] 布德雷内,E.O。;Berg,H.C.,大肠杆菌运动细胞形成的复杂模式,《自然》,349,630-633(1991)
[2] 布德雷内,E.O。;Berg,H.C.,趋化细菌形成对称模式的动力学,自然,376,49-53(1995)
[3] 伍德沃德·D·E。;泰森·R。;Myerscough,M.R。;J.D.穆雷。;布德雷内,E.O。;Berg,H.C.,鼠伤寒沙门菌产生的时空模式,生物物理。J.,68,2181-2189(1995)
[4] Dormann,D。;Weijer,C.J.,网柄菌发育和原肠胚形成过程中的趋化细胞运动,Curr。操作。遗传学。Dev.,16,367-373(2006)
[5] King,J.S。;Insall,R.H.,《趋化作用:用网柄菌寻找前进之路》,《细胞生物学趋势》。,19, 523-530 (2009)
[6] 杨,X。;Dormann,D。;Munsterberg,A.E。;Weijer,C.J.,雏鸡原肠胚形成期间的细胞运动模式由FGF4和FGF8介导的阳性和阴性趋化性控制,Dev.Cell,3,425-437(2002)
[7] Chuai,M。;Weijer,C.J.,鸡胚原始条纹形成的机制,Curr。顶部。开发生物。,81, 135-156 (2008)
[8] 斯维提克,V。;霍利,G.E。;Elworthy,S。;Chipperfield,T.R。;戴维森,C。;亚当斯·R·J。;艾森,J.S。;Ingham,P.W。;柯里,医学博士。;Kelsh,R.N.,Sdf1a对斑马鱼的黑素细胞进行模式分析,并将体节和黑素细胞模式缺陷联系起来,《发育》,134,1011-1022(2007)
[9] 摩尔,S.W。;Tessier-Lavigne,M。;Kennedy,T.E.,Netrins及其受体,高级实验医学生物学。,621, 17-31 (2007)
[10] Keller,E.F。;Segel,L.A.,被视为不稳定性的黏菌聚集的起始,J.Theoret。《生物学》,26,399-415(1970)·Zbl 1170.92306号
[11] Hillen,T。;Painter,K.J.,趋化性PDE模型用户指南,数学杂志。生物学,58,183-217(2009)·Zbl 1161.92003号
[12] Murray,J.D.,《数学生物学II:空间模型和生物化学应用》(2003),Springer:Springer New York·Zbl 1006.92002号
[13] 奥斯特,G.F。;Murray,J.D.,模式形成模型和发展约束,J.Exp.Zool。,251, 186-202 (1989)
[14] J.D.穆雷。;Myerscow,M.R.,《蛇的色素形成》,J.Theoret。《生物学》,149339-360(1991)
[15] Maini,P.K。;Myerscough,M.R。;温特斯,K.H。;Murray,J.D.,生物模式生成趋化模型中空间异质溶液的分叉,Bull。数学。《生物学》,53,701-719(1991)·Zbl 0725.92004号
[16] Myerscough,M.R。;Maini,P.K。;Painter,K.J.,广义趋化模型中的模式形成,Bull。数学。生物学,60,1-26(1998)·Zbl 1002.92511号
[17] 泰森·R。;卢布金,S.R。;Murray,J.D.,《细菌模式形成的最小机制》,Proc。生物科学。,266, 299-304 (1999)
[18] 泰森·R。;卢布金,S.R。;Murray,J.D.,液体培养基中细菌趋化模式的模型和分析,J.Math。生物学,38359-375(1999)·Zbl 0921.92005号
[19] 奥姆,M.E。;Chaplain,M.A.,肿瘤相关血管生成第一步的数学模型:毛细血管芽形成和二次分支,IMA J.Math。申请。医学生物学。,13, 73-98 (1996) ·Zbl 0849.92009号
[20] 牧师,M.A.J。;Lolas,G.,癌细胞侵袭组织的数学模型:尿激酶纤溶酶原激活系统的作用,数学。模型1。方法。申请。科学。,15, 1685-1734 (2005) ·Zbl 1094.92039号
[21] 牧师,M.A.J。;Lolas,G.,癌症侵袭组织的数学模型:动态异质性,网络。埃特罗格。媒体,1399-439(2006)·Zbl 1108.92023号
[22] V.Andasari,A.Gerisch,G.Lolas,A.South,M.Chaplain,《组织癌细胞侵袭的数学建模:数学分析和计算模拟的生物学见解》,J.Math。《生物学》(2010)。在线第一个doi:10.1007/s00285-010-0369-1;V.Andasari,A.Gerisch,G.Lolas,A.South,M.Chaplain,《组织癌细胞侵袭的数学建模:数学分析和计算模拟的生物学见解》,J.Math。《生物学》(2010)。在线第一个doi:10.1007/s00285-010-0369-1·Zbl 1230.92022号
[23] Mimura先生。;Tsujikawa,T.,包括生长在内的趋化模型中的聚集模式动力学,Physica a,230499-543(1996)
[24] 大崎,K。;Tsujikawa,T。;八木,A。;Mimura,M.,化学趋化生长方程组的指数吸引子,非线性分析。,51, 119-144 (2002) ·Zbl 1005.35023号
[25] 艾达,M。;Tsujikawa,T。;埃芬迪耶夫,M。;八木,A。;Mimura,M.,趋化生长系统吸引子维数的低估计,J.London Math。《社会学杂志》,74453-474(2006)·Zbl 1125.37056号
[26] Tello,J.I。;Winkler,M.,《具有逻辑源的趋化系统》,公共政策与环境部,32849-877(2007)·Zbl 1121.37068号
[27] Winkler,M.,具有逻辑源的高维抛物线-抛物线趋化系统的有界性,公共政策与经济研究,351516-1537(2010)·Zbl 1290.35139号
[28] 纳丁,G。;Perthame,B.公司。;Ryzhik,L.,具有Fisher出生条件的Keller-Segel系统的行波,界面自由边界。,10, 517-538 (2008) ·兹比尔1154.35459
[29] Painter,K.J。;Hillen,T.,《药敏运动模型中的体积填充和quorum-sensing》,加拿大。申请。数学。夸脱。,10, 501-544 (2002) ·Zbl 1057.92013年
[30] 王,Z。;Hillen,T.,具有体积填充效应的趋化模型的模式形成,Chaos,17037108(2007)·Zbl 1163.37383号
[31] 皮尔斯,I.G。;牧师,文学硕士。;斯科菲尔德,P.G。;安德森,A.R。;Hubbard,S.F.,Chemotaxis-induced space-time异质性in multi-species host-parasitoid systems,J.Math。《生物学》,55,365-388(2007)·Zbl 1125.92059号
[32] Hundsdorfer,W。;Verwer,J.G.,含时对流-扩散-反应方程的数值解,(《计算数学中的Springer级数》,第33卷(2003年),Springer)·Zbl 0833.65099号
[33] 韦纳,R。;施密特,学士。;P.H.,Rowmap——一种使用Krylov技术的行代码,用于大型僵硬颂歌,应用。数字。数学。,25, 303-319 (1997) ·Zbl 0895.65035号
[34] Schaaf,R.,趋化系统的固定解,反式。AMS,2531-536(1985)·Zbl 0637.35007号
[35] Hillen,T。;Painter,K.,防止过度拥挤的抛物线趋化模型的全局存在性,Adv.Appl。数学。,26, 280-301 (2001) ·Zbl 0998.92006号
[36] Potapov,A.B。;Hillen,T.,趋化模型中的代谢稳定性,J.Dynam。微分方程,17,293-330(2005)·Zbl 1170.35460号
[37] 杜拉克,Y。;Schmeiser,C.,具有逻辑敏感性函数和小扩散率的Keller-Segel模型,SIAM J.Appl。数学。,66, 286-308 (2005) ·Zbl 1102.35011号
[38] Berg,H.C。;Turner,L.,玻璃毛细管阵列中细菌的趋化性。大肠杆菌,运动性,微通道板,光散射,生物物理。J.,58,919-930(1990)
[39] 巴罗卡斯,V.H。;Moon,A.G。;Tranquillo,R.T.,《细胞牵引力的成纤维细胞胶原微球测定第2部分:细胞牵引参数的测量》,J.Biomech。工程师,117161-170(1995)
[40] 德弗里斯,G。;Hillen,T。;刘易斯,医学硕士。;穆勒,J。;Schönfisch,B.,数学生物学课程(2006),SIAM出版·Zbl 1105.92002号
[41] Strogatz,S.H.,《非线性动力学与混沌》(2000年),威斯特维尤出版社
[42] Horstmann,D.,《从1970年至今:趋化性中的Keller-Segel模型及其后果》,Jahresberichte DMV,105,3,103-165(2003)·兹比尔1071.35001
[43] 卡恩,J.W。;Hilliard,J.E.,非均匀系统的自由能。I.界面能,J.Chem。《物理学》,28,258(1958)·Zbl 1431.35066号
[44] Malchow,H。;彼得罗夫斯基公司。;Venturino,E.,《生态学和流行病学的时空模式》(2008),查普曼和霍尔·Zbl 1298.92004号
[45] Sherrat,J.A。;刘易斯,医学硕士。;Fowler,A.C.,《入侵后的生态混乱》,Proc。国家。阿卡德。科学。美国,922524-2528(1995)·兹比尔0819.92024
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。